拱坝整体地质力学模型试验中复杂地基模拟设计及制作

针对某高拱坝坝址区地质构造复杂,两岸坝肩岩体内存在断层、煌斑岩脉、层间挤压带、深部裂隙等各类软弱结构面等工程地质问题,本文利用三维地质力学模型试验技术,采用强度储备与超载相结合的综合法试验方法,研究了坝体和坝肩从加荷到破坏的整个过程,试验中充分考虑了影响坝肩坝基稳定的各种因素,既考虑拱坝上游超载情况,同时还重点模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响。通过试验获得了坝肩坝基的变形及分布特征、失稳的破坏形态和破坏机理。试验结果表明:拱坝整体稳定安全度约为4.7～4.9,拱坝的基础处理效果较好,并针对坝肩的薄弱环节提出了加固处理措施建议。

结合小湾高拱坝坝肩坝基的地形、地质特征、软弱结构面分布状况、浅层松弛卸荷现象以及加固处理方案,建立三维地质力学模型,研制主要断层的变温相似材料,运用超载与降强相结合的综合法对整体模型进行破坏试验。通过试验获得小湾拱坝坝肩坝基的变形特征、失稳的破坏过程、破坏形态及破坏机制,得到强度储备系数为1.2,超载系数为3.3～3.5,确定拱坝坝肩坝基整体稳定综合法试验安全系数为3.96～4.20。对试验数据的综合分析得出,两坝肩中上部高程部位由于对断层和蚀变带采用了混凝土洞塞置换,其变位相对较小,破坏形态和破坏范围相对较轻,说明混凝土加固洞塞置换起到较好的加固效果。根据试验显示的破坏形态和破坏区域,建议对右坝肩下游1245m高程以上的断层f11和f10做一定范围的处理,对左坝肩推力墩以上部分岩体进行适当的加固处理。

在保证大坝稳定设计时,除了数值模拟方法外,对高坝还应当进行地质力学模型试验。本文叙述了地质力学模型试验的工程意义,列举了多个地质力学模型试验实例,并对试验方法及安全系数做了分析。

随着试验技术的发展,地质力学模型试验已成为研究高拱坝整体稳定性和安全度的重要方法。依据相似理论,按照1∶200比例建立杨房沟水电站整体三维地质力学模型,模拟拱坝-基础及两岸主要的断层、节理裂隙及风化卸荷等地质条件,采用水压超载法进行破坏试验研究,分析拱坝、基础及两岸坝肩抗力体的应力、变形和稳定安全度,研究拱坝-基础整体稳定性、失稳破坏过程及超载能力,并与国内同类高拱坝研究成果进行对比分析,综合评价杨房沟拱坝-基础整体稳定安全度。研究结果表明,拱坝起裂安全度k1=2.5~3.0,非线性开始安全度k2=4.0~6.0,整体稳定极限安全度k3=11.0。可见,杨房沟水电站拱坝-基础整体稳定性较高。

针对大岗山双曲拱坝的工程地质问题,采用三维地质力学模型试验技术,研究坝体和坝肩从加荷到破坏的整个过程和机制。试验过程模拟大坝基础的不连续岩体条件、岩体力学特性和整体双曲拱坝。试验考虑拱坝上游超载情况,同时还模拟两坝肩岩体中软弱结构面强度弱化的影响,为此研制适合该工程的变温相似材料及试验模拟新技术,并在一个模型上进行强度储备与超载相结合的综合法试验。试验结果给出拱坝在正常蓄水位和降强之后超载作用下的位移场,获得坝体和坝肩的变形及分布特征、内部断层典型测点的相对位移,揭示拱坝坝体和坝基失稳前后裂缝发展的全过程及其破坏机制。得到强度储备系数为1.25,超载系数为4.0～4.5,确定拱坝坝肩坝基整体稳定安全度为5.0～5.6。对试验数据的综合分析,可以评价边坡的稳定性,并针对坝肩的薄弱环节提出加固处理措施建议。

介绍了牛头山双曲拱坝三维地质力学模型试验,包括模型设计、模型制作、加荷和量测等。试验给出了拱坝在正常蓄水位荷载作用下的位移场,测出了坝体、坝肩、断层出露处以及坝基内部断层各部位的位移,揭示了拱坝坝体和基础失稳前位移和裂缝发展的全过程及其破坏机理。对试验数据的综合分析,可以评价边坡的稳定性,并得到拱坝的整体安全度。

江口双曲拱坝整体稳定地质力学模型试验研究——为了对江口拱坝基础处理方案进行验证，弄清大坝在正常荷栽作用下的位移场，了解拱坝和拱座的整体稳定，采用地质力学模型进行了试验研究，全面模拟了江口大坝基础的不连续岩体条件、岩石力学性质和基础处理方案，揭...

针对江口坝区内的多条软弱夹层以及断层、裂隙等地质构造不利条件对坝体稳定的影响,设计采取了基础处理措施.通过地质力学模型试验,研究江口大坝在进行基础处理后,坝体在设计荷载及超载作用下的稳定情况,为设计提供科学依据.

针对万家口子双曲拱坝的地质问题,采用三维地质力学模型试验技术,全面模拟了大坝基础的不连续岩体条件、岩石力学性质、基础处理和整体双曲拱坝,研究了基础对大坝结构变形和稳定的影响,揭示拱坝坝体和坝肩从加荷开始到破坏的整个进程和机理,从而得出了拱坝的破坏机理及超载安全能力。

随着经济的强盛,水利事业的发展,我国大坝、高拱坝数量大增,大坝老龄化现象也在增加,大坝的安全稳定运行是一不容忽视的问题。因此,研究大坝的稳定及内在规律就具有很强的工程意义和现实意义。同时由于工程问题的复杂性使高拱坝整体稳定兼具了挑战性和前沿性。本文从30年的模型试验出发,对该问题进行了有意义的研究。

结合四川宝兴河铜头水电站混凝土拱坝,对坝肩稳定进行了三维地质力学模型试验研究,试验中采用变温相似材料模拟坝肩坝基岩体中的软弱结构面,运用超载与强降相结合的方法进行破坏试验。主要探讨了该拱坝坝肩失稳的破坏过程、破坏形态和破坏机理,获得了坝肩整体稳定安全度。试验表明:采用超载与强降相结合的破坏试验方法得到的安全度为3.12～3.51。同时表明在正常运行情况下,坝肩是稳定的,在强降阶段,坝肩出现开裂,尤以左坝肩为甚,因此对两坝肩特别是左坝肩上部进行加固处理是十分必要的。

小湾水电站是澜沧江中下游河段梯级开发的“龙头”水库,大坝为292m高的双曲拱坝,坝址具备修建高拱坝的优越地形条件,但地质条件较为复杂。针对小湾拱坝1210m高程坝肩的地形地质条件,对坝肩未进行加固处理方案,采用地质力学模型试验方法,抓住影响坝肩稳定的主要因素,利用超载法进行破坏试验研究,分析坝体及坝肩变形分布特征,探讨坝肩失稳的破坏过程、破坏形态和破坏机理,确定坝肩超载稳定安全度。

北溪水电站混凝土双曲拱坝由于特殊的地形地质条件，坝体应力和坝肩稳定是关系工程成败的关键。为此设计在进行拱梁分截计算的同时，进行了三维有限元非线性分析和地质力学模型试验。试验表明，大坝和坝肩的运行状态能够满足安全运行的要求。

采用三维地质力学模型试验技术,研究某双曲拱坝坝基内的软弱夹层和裂隙对坝体整体稳定性的影响,以及在超载情况下的坝体的破坏形式和破坏发展过程,从而对大坝的安全性作出了科学评价。

本坝坝肩地基中有倾向上游软弱不连续面,通过1号、2号、3号和4号模型试验,分别从正、反两方面说明模型拱坝发生了上滑(抬)破坏现象。从1号到4号模型,由于不断地增加了垂直向的阻控上抬措施,致模型中大坝超载破坏安全度由低于1.5p0～1.7p0,增加到了可以接受的3.5p0～5.4p0或3.5p0～4.5p0。上抬主因是f上盘岩石基础沿该面发生逆向滑移。不同于沿坝基接触面,它是另一种沿地基内软弱不连续面发生的上滑。

(简明土木工程系列专集)建筑科学类著者:周维恒林鹏等出版时间:2008年1月开本:大32k页数:269装帧:平装标准书号:isbn978-7-5084-5225-8定价:$16.00元

拱坝作为一种安全性及经济性均较优的坝型,在世界各地都得到了广泛的采用。然而拱坝对地形地质条件的要求较其它任何坝型都高,坝肩的稳定与否,将直接关系到工程的正常运行和安全性。所以拱坝坝肩稳定是拱坝设计中需要重点关注的问题。锦屏一级水电站坝址具备修建高拱坝的优越地形条件,但地质构造较复杂,坝肩抗力体内部存在断层、层间挤压带、煌斑岩脉x及深部裂缝等不良地质构造,直接影响到拱坝坝肩的整体稳定安全性,需要开展坝肩稳定深入研究。本文采用强度储备与超载相结合的三维地质力学模型综合法试验对锦屏一级拱坝坝肩的地形、地质条件进行模拟,研究拱坝坝肩的稳定性。通过破坏试验得出了坝体与坝肩变形及分布特征、坝肩破坏形态和破坏机理,确定了坝肩综合试验法稳定安全度,并针对坝肩薄弱环节提出了加固处理措施建议。

建在复杂地质条件上的重力坝,坝基中往往存在多种软弱结构面。为了在物理模型试验中考虑软弱结构面的强度弱化对坝基稳定的影响,采用地质力学模型试验方法对武都碾压混凝土重力坝坝基稳定性进行研究。试验中采用变温相似材料模拟坝基中软弱结构面的力学参数及弱化行为,在同一模型上进行超载和降强相结合的综合试验,获得了坝基失稳的破坏过程、变形分布特点及破坏形态,并得到评价工程安全性的综合安全系数,为工程的设计与施工提供了科学依据。

地质力学模型试验技术应用研究——介绍了地质力学模型试验技术的新近研究成果，内容包括获国家科技进步一等奖的pyd-50三向加载地质力学模型试验装置、获国家科技进步三等奖的拉-压真三轴仪和yd-a型岩土工程多功能模拟试验装置等模型试验设备的主要功能、特...

本文的试验研究以相似原理为依据,以几何和力学条件相似为必要条件,获得满足模拟要求的模型材料配合比。通过试配比制块,采用单向压缩试验测得试件变形模量再核算调整配合比,经进行多次调整后得到满足相似要求的模型岩体材料的变形模量,从而达到解决地质力学模型试验岩体材料相似模拟研究目的,实现工程不同地段岩体材料的模拟,为地质力学模型试验研究提供基础资料和试验依据。

采用三维地质力学模型综合法试验,探讨在超载和强降的综合影响下溪洛渡高拱坝坝肩、坝基的稳定安全度;分析大坝及坝基、坝肩的变形分布特征,揭示大坝与坝基的变形过程和破坏机理。试验表明,在未计入渗压及地震荷载工况下,坝肩综合稳定安全系数为6.3;在超载情况下,坝肩变位不对称,坝肩破坏形态也不对称,总体上左岸比右岸破坏较重。在超载后期,受坝基附近层间、层内错动带的影响,坝基面径向变位较大,基础约束相对较弱,因此,加强对坝基的加固处理十分重要。

根据地质力学模型试验的特点,研制出一种新型岩土地质力学模型试验系统,该系统主要由盒式台架装置、带扁千斤顶的变荷加载板、液压加载控制试验台组成。其中盒式台架装置用于容纳试验模型并作为加载反力装置,带扁千斤顶的变荷加载板用于给试验模型施加非均布荷载,液压加载控制试验台用于试验模型的自动加压与稳压。该系统具有规模大、整体稳定性好、尺寸可调、能进行同步非均匀加载,并具有加荷高、升压快速、持荷稳定的优点。将该系统应用于某一高速公路大型分岔隧道的三维地质力学模型试验研究,试验结果有效指导和优化了工程的设计和施工。